北深沟特大桥主桥吊杆更换与施工监控分析

丁 杰

(山西交通控股集团有限公司晋城高速公路分公司，山西 晋城 048000)

桥梁运营使用一段时间后，受车辆荷载、气候、降雨等因素的影响，会逐渐出现很多病害，降低桥梁使用性能，甚至影响行车安全。通过特殊检查对北深沟特大桥病害进行调查，确定桥梁存在的特殊病害和常规病害，发现部分吊杆安全系数小于规范最小值，必须进行更换。结合施工现场实际情况，确定吊杆更换施工方案，并制定监控方案在施工过程中开展高程和内力监控。通过开展施工监控，将吊杆更换过程中高程变化、更换前后的桥面高程和吊杆索力控制在合理范围内，达到了设计要求，可用于类似桥梁养护维修工程的参考。

1 工程概况

北深沟特大桥位于山西省S80陵侯高速公路阳城至关门段，桥梁分左、右两幅，中心桩号为K135+783，桥梁全长683 m，桥面总宽23.0 m。跨径组合为3×40 m(装配式预应力混凝土连续T梁桥)+3×40 m(装配式预应力混凝土连续T梁桥)+净跨260 m(中承式钢管混凝土拱桥)+4×40 m(装配式预应力混凝土连续T梁桥)。

北深沟特大桥于2010年建成通车，随着路段内交通量的逐年增加，加之该桥梁已经运营将近10年，由于受到车辆荷载、气候、环境等因素的作用和影响，桥梁结构产生了很多病害，已严重影响桥梁的正常使用。2018年12月，由具有相关资质的检测机构对桥梁进行了特殊检查，经技术评审确定该大桥技术状况总体评价为3类，需要进行养护维修。

2 主桥吊杆病害调查与更换

2.1 主桥吊杆病害调查结果

主桥部分吊杆锚杯保护罩螺栓缺失、锈蚀，锚杯锈蚀、渗水、积水。特殊检查中对主桥除吊杆1、吊杆1′(吊杆长度较短不具备频率法测试条件)外的所有吊杆采用振动频率法测试索力；2号及2′号吊杆存在安全系数小于规范最小值2.5的情况，存在安全风险；其他吊杆安全系数满足规范要求。

2.2 主桥吊杆病害原因分析

部分吊杆安全系数偏小的原因主要有：施工成桥后，原始索力分配不均导致；设计计算桥面线型时采取的边界条件(温度等)与合拢成桥时状态不同，引起索力重分配导致。本项目吊杆体系的腐蚀主要原因是由于部分锚头吊杆保护罩缺失、保护罩螺栓缺失及保护罩与锚箱结合部锈蚀严重等现象，造成雨水从缝隙渗入锚杆保护套内，而防腐体系的密封性使水分无法排出或蒸发，进而造成锚头锈蚀。

2.3 主桥吊杆更换方案

原桥梁使用的为OVMLZM-Ⅰ型平行钢丝冷铸锚体系，为保证新旧吊杆结构类型的统一，更换的部分吊杆仍选用该型号。该体系采用φ7 mm钢丝作为主受力筋，钢材强度1 670 MPa，索体通过改进设计采用低应力全防腐型拉索PES(FD)代替HDPE，可有效地提高吊索的安全性及耐久性。主桥吊杆检测结果并未发现吊杆钢束存在明显锈蚀，因此只对部分破损吊杆进行更换。为了保证同排吊杆内力及耐久性的协调，对破损吊杆同排吊杆也一并进行更换。本次更换的吊杆包括2号短吊杆(PESC7-73型吊杆，同排共4束)、3号长吊杆(PESC7-61型吊杆，同排共4束)，并在更换后对旧吊杆破损、锈蚀程度进行精确评定，作为整桥吊杆破损程度的参考。

3 主桥吊杆更换施工监控方案

桥梁吊杆更换过程中，通常采用内力和标高双控制，并以标高控制为主。北部深沟特大桥吊杆更换施工监控以标高控制为主，吊杆标高监控包括更换过程中监控和更换后监控，更换过程中采用量程10 mm百分表进行观测，标高变化范围控制在-3 mm～+3 mm之内；更换后的标高监控采用精密水准仪进行监测，控制吊杆更换前后桥面标高差值不得大于1.6 mm[1]。

吊杆更换前，采用精密水准仪对桥面标高进行测量，确定桥面标高的初始位置。另外，根据高程观测需要，在吊杆上下吊点等位置布置测点，并合理布置观测路线。吊杆更换过程中，对桥面标高、被更换吊杆的伸长量和对临时吊杆加载的油压表读数等进行跟踪测量[2]。

吊杆更换过程中，采用油压表测量张拉力，吊杆更换完成后，对该跨吊杆内力进行通测，控制吊杆内力差值不得超过10%，否则应进行调整。吊杆内力监控采用振动频率法，选用JMM-268索力动测仪，通过敲击吊杆使其产生振动，收集绑扎在吊杆上部的信号采集器传递回来的吊索的自振频率，确定吊杆内力。吊杆更换后，对桥面标高、新吊杆索力等进行测量，并与初始标高和理论索力进行对比，如果发现存在较大偏差，应及时调整。

4 主桥吊杆更换施工监控结果分析

4.1 吊杆高程监控结果分析

4.1.1 吊杆更换过程中高程监控结果分析

在吊杆更换过程中，采用临时吊杆辅助进行体系转换。吊杆更换过程中采用百分表对各吊点标高进行检测，检测结果如表1所示。

表1 吊杆更换过程中各吊点高程变化量统计表 mm

结合表1所示各吊点高程变化量测量结果，最大值为2.9 mm，最小值为1.1 mm，满足设计要求的标高变化范围控制在-3 mm～+3 mm之内，说明施工过程中吊杆的高程控制满足要求。另外，根据表1所示吊杆更换过程中各吊点的高程监控结果，吊杆左右吊点高程不一致，最大高差为1.2 mm，不超过2.5 cm。这是由于吊杆更换过程中所产生的施工误差和高程监控过程中产生的监控误差叠加造成的。

4.1.2 吊杆更换前后路面高程监控结果分析

分别在桥梁左右两侧布置测点，进行吊杆更换前后高程测量。为了降低温度对高程监控结果的影响，尽量选择气温较低的早晨进行观测，本项目选择早晨7:00～8:00进行观测，吊杆更换前后各吊点高程变化量统计结果如表2所示[3-4]。

表2 吊杆更换前后各吊点高程变化量统计表

结合表2所统计的数据，2号、3号吊杆更换前后各吊点高程差最大值为1.4 mm，满足设计要求的桥面标高差值不得大于1.6 mm。个别吊点高程差超过了1 mm，这是由于桥面施工机械移动使荷载增大造成的。

4.2 吊杆内力监控结果分析

在吊杆施工过程中，采用内力监控进行辅助控制。本项目采用振动频率法对吊杆索力进行监控，根据监控结果进行调索，同时做好高程控制，2号，3号两根吊杆更换前后吊杆索力监测结果如表3所示[5]。

表3 吊杆更换前后左右吊杆索力监测结果

分析表3所列左、右吊杆索力监测结果，吊杆更换后左右各吊点索力最大差值为4.27%，最小值为0.29%。更换后左右吊杆索力偏差远低于规范要求的10%，说明左、右吊杆索力分布较均匀。

5 结语

结合北深沟特大桥S80陵侯高速公路维修工程，根据桥梁吊杆病害调查结果制定主桥吊杆更换方案，并在吊杆更换施工过程中对高程和吊杆内力进行监控。分析高程监控结果，得出吊杆更换过程中高程变化在-3 mm～+3 mm范围内，更换前后桥面高差小于1.6 mm，满足设计要求。分析吊杆内力监控结果，更换后吊杆左右侧索力偏差最大值为4.27%，满足设计与规范要求。综上所述，主桥吊杆施工过程中采用以高程控制为主，内力控制为辅的方式进行吊杆施工质量监控，分析监控结果得出吊杆更换后高程和索力偏差均满足要求，施工质量合格。